新型半導(dǎo)體光催化劑的可控合成及半導(dǎo)體-多孔炭復(fù)合材料的制備.pdf

1、隨著人類社會的發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴重，因此環(huán)境污染問題，特別是室內(nèi)污染問題日益引起人們的關(guān)注。眾所周知，人生大約70％是在室內(nèi)度過的，而室內(nèi)的污染相對于室外高出很多倍。揮發(fā)性有機物(VOCs)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)和室內(nèi)裝修，其廣泛的應(yīng)用必然導(dǎo)致了水和空氣的污染，特別是對室內(nèi)污染更大。光催化劑在去除環(huán)境污染有很多優(yōu)點，因此近年來采用光催化劑去除環(huán)境污染受到人們極大的重視。
　　二氧化鈦是一種比較常用的光催化劑，其具有穩(wěn)定性高，催化活性

2、高，無毒和便宜的優(yōu)點，因此在環(huán)境污染處理中受到極大的關(guān)注。然而二氧化鈦亦有很多缺點，太陽光利用率低，粒子回收困難，容易失活，而且當污染物濃度比較低的時候，光催化僅發(fā)生在催化劑附近等。因此需要研究新的催化劑和催化劑復(fù)合材料，以提高催化劑的性能。
　　本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)采用水熱合成法，以Cu(NO3)2為原料，乙二醇為溶劑和還原劑，聚乙烯吡咯烷酮k30(PVP)為表面活性劑，一步合成具有可見光響應(yīng)的Cu-

3、Cu2+1O金屬半導(dǎo)體復(fù)合材料。表征結(jié)果顯示產(chǎn)物由兩種不同尺寸粒子構(gòu)成，其中大的粒子為Cu，直徑為50 nm，小的粒子為Cu2+1O，直徑為20 nm。表面活性劑PVP的加入降低Cu2+1O的結(jié)晶度，提高了銅的含量，并影響兩種粒子的尺寸分布和界面結(jié)合情況，因而影響產(chǎn)物的催化性能。催化活性測試結(jié)果表明，Cu-Cu2+1O金屬半導(dǎo)體復(fù)合材料具有可見光催化活性，其對苯酚降解符合一級反應(yīng)動力學(xué)。并采用Cu(NO3)2為原料，明膠為分散劑，Na2

4、SO3為還原劑，活性炭為負載劑，采用原位沉淀法實現(xiàn)活性炭負載復(fù)合型Cu2O/AC光催化劑的制備，測試結(jié)果顯示活性炭的加入影響了產(chǎn)物的相結(jié)構(gòu)，而禁帶寬度沒有受到影響。以苯酚為模型，光催化測試結(jié)果顯示，復(fù)合型Cu2O/AC光催化劑的催化活性高于Cu2O，原因可能是活性炭和Cu2O存在吸附催化協(xié)同作用，其導(dǎo)致了產(chǎn)物催化活性的提高。
　　(2)合成兩類不同的介孔氧化鎳。以硝酸鎳為原料，氫氧化鈉為沉淀劑，十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)為表面活

5、性劑，采用水熱合成法制備具有介孔結(jié)構(gòu)的納米片狀β型氫氧化鎳，將介孔結(jié)構(gòu)的納米片狀β型氫氧化鎳焙燒即可以獲得相同形貌的納米氧化鎳。XRD測試結(jié)果顯示納米片狀氧化鎳是體心立方結(jié)構(gòu)，電子衍射顯示其為單晶結(jié)構(gòu)，而且氫氧化鎳也是單晶結(jié)構(gòu)，氧化鎳的比表面積為85.98m2/g，具有介孔結(jié)構(gòu)。以苯酚為模型，光催化測試結(jié)果顯示，片狀氧化鎳具有一定的催化活性，但很容易失活?；钛趸嚨暮铣?。在不添加任何模板和表面活性劑條件下，采用均勻沉淀法制備出具有自組

6、裝結(jié)構(gòu)的花狀α型Ni(OH)2，并以其為前驅(qū)體，通過焙燒即可獲得同樣具有花狀結(jié)構(gòu)的氧化鎳。測試結(jié)果顯示，所制備的氧化鎳比表面積是125.2m2/g.其禁帶寬度為4.43eV。光催化測試結(jié)果顯示花狀氧化鎳對甲基橙的有較高的光催化降解性能。
　　(3)控制合成氫氧化銦并制備氫氧化銦—活性炭復(fù)合材料。首先，以硝酸銦為原料，尿素為沉淀劑，十六烷基溴化銨(CTAB)為軟模板劑，采用一步一點法制備具有介孔結(jié)構(gòu)的納米棒狀氫氧化銦。測試結(jié)果顯示:

7、樣品都是長度為300nm寬度為90nm的棒狀有孔結(jié)構(gòu)，低溫液氮吸附技術(shù)證實了樣品是具有介孔結(jié)構(gòu)的材料，其平均孔徑為3.1nm。光學(xué)測試顯示，其禁帶寬度為5.15eV，其具有較強的熒光性能，在紫外激發(fā)下具有兩個比較強的光譜帶。并且還探討了納米棒狀成因和CTAB對形成氫氧化銦板狀結(jié)構(gòu)的作用。而后繼工作發(fā)現(xiàn)通過控制反應(yīng)條件，不使用CTAB作為模板，在低溫條件下(70℃)也可獲得形貌和尺寸可控的納米氫氧化銦。例如時間、濃度以及沉淀劑種類，即可控

8、制反應(yīng)產(chǎn)物的形貌和粒子尺寸的大小。氫氧化銦可能的形貌控制機理也被討論。催化測試顯示:其對氣態(tài)苯的光催化降解與二氧化鈦相比，所制備的樣品也顯示出更高的催化活性。以In(NO3)3·4.5H2O和六亞甲基四胺(HMT)為原料，采用水熱合成出具有介孔結(jié)構(gòu)的塊狀氫氧化銦。其具有較高的比表面積，其比表面積為97.04 m2/g。對甲苯的光催化測試結(jié)果顯示，其具有較高的催化活性而且催化活性很穩(wěn)定。最后，以In(NO3)3·4.5H2O和六亞甲基四胺

9、為原料，采用水熱合成法制備了氫氧化銦—活性炭復(fù)合材料。測試結(jié)果顯示，活性炭的加入影響了晶體結(jié)構(gòu)和粒徑大小?；钚蕴康募尤霙]有影響氫氧化銦粒子形貌。氫氧化銦是以化學(xué)鍵的形式負載在活性炭上而且多孔活性炭并沒有影響氫氧化銦的禁帶寬度。對甲苯的催化測試顯示含量3％的氫氧化銦—活性炭復(fù)合材料具有最高的催化活性。
　　(4)采用絲網(wǎng)印刷技術(shù)制備了二氧化鈦／活性炭纖維復(fù)合光催化劑。通過XRD和SEM測試顯示，復(fù)合催化劑內(nèi)的二氧化鈦的相是銳鈦礦結(jié)構(gòu)